SM3-OTS:基于国密算法SM3的紧凑型后量子一次签名方案
作者:
通讯作者:

杨亚涛,E-mail:yy2008@163.com

中图分类号:

TN918.4

基金项目:

北京市自然科学基金(4232034),中央高校基本科研业务经费(3282023017,3282024058,3282024052)


SM3-OTS: A compact post quantum one time signature scheme over SM3 algorithm
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    摘要:

    SPHINCS+是一种基于哈希函数设计的无状态数字签名方案,其被证明能够抵抗量子计算攻击.然而,由于其生成的签名值较大,限制了SPHINCS+在实际中的广泛应用.为解决SPHINCS+签名方案中WOTS+一次签名方案生成的签名值长度较大问题,本文设计了一种新的基于国密算法SM3的紧凑型一次签名方案SM3-OTS.该签名方案利用消息摘要值的二进制信息和十六进制信息分别作为前32条哈希链和后16条哈希链节点位置的索引,从而有效缩短了传统基于哈希函数一次签名方案的密钥长度和生成签名值长度.SM3-OTS相较于SPHINCS+中使用的WOTS+、SPHINCS-α中使用的Balanced WOTS+以及SPHINCS+C中使用的WOTS+C所生成的签名值长度大约缩短了29%、27%、26%,签名性能得到明显提升.同时,通过采用国密SM3算法,使得SM3-OTS具备良好的抗量子攻击能力,并保持了较好的综合性能.

    Abstract:

    SPHINCS+ is a stateless digital signature scheme based on hash function, which has been proven to be resistant to quantum computing attacks. However, due to the large number of signatures generated, SPHINCS+ is limited to its wide application in practice. In order to solve the problem of large length of signature value generated by WOTS+ one-time signature scheme in SPHINCS+ signature scheme, a new compact one-time signature scheme SM3-OTS based on SM3 algorithm is designed in this paper. The signature scheme uses the binary and hexadecimal information of the message digest value as the index of the node positions of the first 32 hash chains and the last 16 hash chains, respectively, which effectively shortens the key length and the length of the generated signature value of the traditional one-time signature scheme based on hash function. Compared with WOTS+ in SPHINCS+, Balanced WOTS+ in SPHINCS-α and WOTS+C in SPHINCS+C, SM3-OTS shortens the length of signature values by about 29%, 27% and 26% respectively, and the signature performance is significantly improved. At the same time, by adopting the SM3 algorithm, the SM3-OTS has good anti-quantum attack ability and maintains good comprehensive performance.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

杨亚涛,殷方锐,陈亮宇,潘登. SM3-OTS:基于国密算法SM3的紧凑型后量子一次签名方案.软件学报,2025,36(10):0

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  • 收稿日期:2024-07-01
  • 最后修改日期:2024-09-05
  • 在线发布日期: 2025-01-20
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